植物細胞壁合成酵素および分解酵素を用いた細胞外情報処理空間の動的可視化

2016 年度 実績報告書

• 研究領域: 植物細胞壁の情報処理システム
• 研究課題/領域番号: 24114008
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 五十嵐 圭日子 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 准教授 (80345181)
• 研究期間 (年度): 2012-06-28 – 2017-03-31
• キーワード: 植物細胞壁 / バイオマス / セルロース

研究実績の概要

①植物細胞壁成分の自己組織化
平成28年度ではこれまでの研究に引き続き、植物細胞壁の生合成過程で重要な役割を担っていると考えられるエクスパンシンやキシログルカンエンドトランスグルコシダーゼ／トランスフェラーゼ（XTH）などのタンパク質に関して、共同研究を含めた発現系の構築を試みた。その結果、いくつかの発現系において組換えタンパク質の生産に成功し、特に東北大学との共同で行ったシロイヌナズナ由来XTH3の研究ではXTHによるセルロース-セルロース間、およびセルロース-キシログルカン間のつなぎ替え活性の発見など新規の細胞壁モデルの構築につながる成果が得られ、Scientific Report誌に公表した。一方、本研究においては様々な植物細胞壁由来のタンパク質に対して組換え発現系の構築を試みたが、多くは発現量などの点に問題があり、効率的な発現系の構築に向けては何らかのブレイクスルーが必要である事が示唆された。
② 植物細胞壁分解酵素の基質認識を利用した細胞壁の動的可視化
平成28年度は、高速原子間力顕微鏡（HS-AFM）を用いてタマリンド種子由来キシログルカンの動態が観察可能であることを明らかにし、キシログルカンが単純なコイル状構造以外の形態をとることを明らかにした。さらに周波数変調原子間力顕微鏡（FM-AFM）を用いた結晶性セルロースの可視化し、グルコースの水酸基の原子像を得ることにも成功した。また、メタノール資化性酵母Pichia pastorisを用いたランダム変異導入法の開発にも成功し、Biotechnology for Biofuel誌に成果を公表した。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] VTT Technical Research Centre of Finland(Finland)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: VTT Technical Research Centre of Finland
• [国際共同研究] Swedish Univ. Agriculture and Science(Sweden)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: Swedish Univ. Agriculture and Science
• [国際共同研究] Norwegian University of Life Sciences(Norway)
  • 国名: ノルウェー
  • 外国機関名: Norwegian University of Life Sciences
• [雑誌論文] The plant enzyme AtXTH3 catalyses covalent crosslinking between cellulose and cellooligosaccharide (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinohara, N., Sunagawa, N., Tamura, S., Yokoyama, R., Ueda, M., Igarashi, K., and Nishitani, K.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: -
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Association of amphipathic lignin derivatives with cellobiohydrolase groups improves enzymatic saccharification of lignocellulosics (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, Y., Cheng, N., Koda, K., Igarashi, K., Tamai, Y., and Uraki, Y.
  • 雑誌名: Cellulose 巻: 24 ページ: 1849-1862
  • DOI: 10.1007/s10570-017-1214-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] A protease/peptidase from culture medium of Flammulina velutipes that acts on arabinogalactan-protein (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshimi, Y., Sugawara, Y., Hori, C., Igarashi, K., Kaneko, S., Tsumuraya, Y., and Kotake, T.
  • 雑誌名: Biosci. Biotechnol. Biochem. 巻: 81 ページ: 475-481
  • DOI: 10.1080/09168451.2016.1258985
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pyrroloquinoline quinone-dependent glucose dehydrogenase anode: Coproduction of galactaric acid and electricity (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakuta, R., Takeda, K., Igarashi, K., Ohno, H., and Nakamura, N.
  • 雑誌名: J. Mol. Catal. B Enzym. 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.molcatb.2016.11.021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of simple random mutagenesis protocol for the protein expression system in Pichia pastoris (2016)
  • 著者名/発表者名: Tachioka, M., Sugimoto, N., Nakamura, A., Sunagawa, N., Ishida, T., Uchiyama, T., Igarashi, K., and Samejima, M.
  • 雑誌名: Biotechnol. Biofuels 巻: 9 ページ: 199
  • DOI: 10.1186/s13068-016-0613-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single-molecule Imaging analysis of binding, processive movement, and dissociation of cellobiohydrolase Trichoderma reesei Cel6A and its domains on crystalline cellulose (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, A., Tasaki, T., Ishiwata, D., Yamamoto, M., Okuni, Y., Visootsat, A., Maximilien, M., Noji, H., Uchiyama, T., Samejima, M., Igarashi, K., and Iino, R.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 291 ページ: 22404-22413
  • DOI: 10.1074/jbc.M116.752048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of an LPMO from the brown-rot fungus Gloeophyllum trabeum with broad xyloglucan specificity, and its action on cellulose-xyloglucan complexes (2016)
  • 著者名/発表者名: Kojima, Y., Varnai, A., Ishida, T., Sunagawa, N., Petrovic, D., Igarashi, K., Jellison, J., Goodell, B., Alfredsen, G., Westereng, B., Eijsink, V., and Yoshida M.
  • 雑誌名: Appl. Environ. Microbiol. 巻: 82 ページ: 6557-6572
  • DOI: 10.1128/AEM.01768-16
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] pH-dependent electron transfer reaction and direct bioelectrocatalysis of the quinohemoprotein pyranose dehydrogenase (2016)
  • 著者名/発表者名: Takeda, K., Matsumura, H., Ishida, T., Yoshida, M., Igarashi, K., Samejima, M., Hiroyuki Ohno, and Nakamura, N.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 477 ページ: 369-373
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.06.096
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The use of neutron scattering to determine the functional structure of glycoside hydrolase (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, A., Ishida, T., Samejima, M., and Igarashi, K.
  • 雑誌名: Curr. Opin. Struct. Biol. 巻: 40 ページ: 54-61
  • DOI: 10.1016/j.sbi.2016.07.014
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] メタノール資化性酵母Pichia pastorisを用いたセルロース合成酵素発現 (2016)
  • 著者名/発表者名: 砂川 直輝、鮫島 正浩、五十嵐 圭日子
  • 雑誌名: Cellulose Communications 巻: 23 ページ: 130-134
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] How to translate the molecular information of cellulases into the actual biomass saccharification? Beyond trillionths differences (2017)
  • 著者名/発表者名: Kiyohiko Igarashi
  • 学会等名: 9th Kyoto International Forum for Environment and Energy
  • 発表場所: 同志社大学今出川キャンパス（京都府京都市）
  • 年月日: 2017-03-07 – 2017-03-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Biochemical and biophysical analysis of the synergy between cellobiohydrolase and lytic polysaccharide monooxygenase from Phanerochaete chrysosporium (2016)
  • 著者名/発表者名: Kiyohiko Igarashi
  • 学会等名: Symposium on the Chemistry, Biology and Application of Lytic Polysaccharide Monooxygenases
  • 発表場所: コペンハーゲン（デンマーク）
  • 年月日: 2016-11-15 – 2016-11-17
  • 国際学会
• [学会発表] 植物細胞壁構成多糖の自己組織化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐圭日子
  • 学会等名: 日本植物学会第80回大会シンポジウム「植物独自のメカノバイオロジー」
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県宜野湾市）
  • 年月日: 2016-09-18
  • 招待講演
• [学会発表] 植物細胞壁の分解を分子レベルで見たい (2016)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐圭日子
  • 学会等名: 日本植物学会第80回大会シンポジウム「多様な植物現象を理解するためのイメージング：細胞内構造から環境応答まで」
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（沖縄県宜野湾市）
  • 年月日: 2016-09-16
  • 招待講演
• [学会発表] セルロースの酵素分解を科学しよう (2016)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐圭日子
  • 学会等名: 第30回セルラーゼ研究会
  • 発表場所: 佐久平プラザ21（長野県佐久市）
  • 年月日: 2016-07-08 – 2016-07-09
  • 招待講演
• [備考] 「きぼう」で行ったタンパク質結晶化実験の観察結果（速報）！！
  • URL: http://iss.jaxa.jp/kiboexp/news/160526_pcg.html
• [備考] 酵母による異宿主タンパク質発現系における新規ランダム変異導入法の開発
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2016/20160919-1.html
• [備考] 【バイオマス】6,000億トン「地球最後の資源」を人類はどう活用すべきか？
  • URL: http://www.mugendai-web.jp/archives/6128